historie a vğznam chirêlnèch analğz aminokyselin v ... - Chemické listy

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)ReferátyHISTORIE A VÝZNAM CHIRÁLNÍCH ANALÝZ AMINOKYSELINV BIOLOGICKÝCH MATRICÍCH A V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍHELENA ZAHRADNÍČKOVÁ a,c ,PETR HARTVICH a,b a IVAN HOLOUBEK caLaboratoř analytické biochemie, Entomologický ústavAV ČR, Branišovská 31, 370 05 České Budějovice, b Katedraorganické chemie, Přírodovědecká fakulta, UniverzitaKarlova, Albertov 2043, 120 43 Praha, c Recetox, Přírodovědeckáfakulta, Masarykova univerzita, Kamenice126/3, 625 00 Brnohelenaz@entu.cas.czDošlo 2.11.04, přepracováno 7.6.05, přijato 20.6.05.Klíčová slova: D-aminokyseliny, enantiomery, homochiralitaObsah1. Úvod – význam chirálních analýz2. Historie analýz aminokyselin3. Význam chirálních analýz aminokyselin3.1. D-Aminokyseliny v nižších organismech, potravinách,vodě, půdě, sedimentech avzduchu3.2. D-Aminokyseliny ve vyšších organismech3.3. D-Aminokyseliny ve vesmíru4. Závěr1. Úvod – význam chirálních analýzTento přehled se zabývá historií a významem chirálníchanalýz, zejména aminokyselin, v biologických materiálech,potravinách a životním prostředí včetně vesmíruod 30. let 20. století.První, komu se podařilo oddělit dva enantiomeryz racemické směsi, byl Louis Pasteur v roce 1848 (cit. 1 ).V biologických systémech je už nějakou dobu znám jevasymetrie. Různé druhy měkkýšů vytvářejí zrcadlově odlišnétvary schránek. Dokonce i lidské tělo s dvěma nohama,rukama, ušima a očima může být rozděleno na dvěčásti − na dva neztotožnitelné zrcadlové obrazy. Většinaživotních procesů, například enzymatické reakce a metabolicképrocesy, je vysoce enatioselektivních 2,3 . Chiralitaje neoddělitelnou vlastností základních stavebních jednotekživota, aminokyselin, sacharidů a jejich oligomerůa polymerů 3 . Po objevu schopnosti slabých interakcí rozlišovatv párech enantiomerů 4 byly otevřeny další možnostistudia kvantové fyziky a pozměněny klasické chemicképředstavy. Díky slabým interakcím mají D- a L-aminokyselinynepatrně odlišnou energii (v podstatě tedy nejsoudokonalé zrcadlové obrazy – pravým enantiomerem L-aminokyselinyje D-aminokyselina tvořená z antihmoty). Byl navrženzpůsob výpočtu tohoto rozdílu energie pro mnoho důležitýchbiomolekul. Tyto výpočty potvrdily, že L-aminokyselinyjsou stabilnější, než D-aminokyseliny, což můžebýt příčinou homochirality 5 .Po zjištění tragických dopadů rozdílných účinkůněkterých enantiomerů léčiv ((R)-thalidomid je sedativum,(S)-thalidomid je teratogen) se enormně rozšířil zájemo studium farmakodynamických a farmakokinetickýchvlastností enantiomerů biologicky významných látek(stereoisomery léků v biologických systémech se liší biodostupností,metabolismem, vylučováním aj.) 3 . Při léčběchorob se zpravidla přednostně používají čisté enantiomery6 , neboť při užití racemické směsi, v níž je pouze jedenenantiomer aktivní, dochází ke konzumaci poloviny nežádoucíhmoty.Enantiomery se mohou od sebe lišit i organoleptickýmivlastnostmi – chutí (L-fenylalanin chutná sladce, D-fenylalaninhořce), těkavé látky vůní ((R)-limonen má pomerančovou,(S)-limonen citrónovou vůni) 7 , ale i fyzikálnímivlastnostmi – byla nalezena překvapivá odlišnostv rozpustnosti D- a L-tyrosinu a tím i různá rychlost krystalizace8 .Analýza chirálních látek má velký význam takév potravinářství, protože mnoho složek potravy je chirálních;některé jsou přítomny jako čisté enantiomery, jinéjsou přítomny ve specifickém enantiomerním poměru.Enantiomerní poměr některých látek, jako jsou např. aminokyseliny,může být ovlivněn působením tepla, extrémníhopH apod. (tj. podmínek vhodných pro racemizaci aminokyselin),aktivitou mikroorganismů (např. fermentací)anebo stárnutím. Zvýšené množství D-aminokyselinv potravinách snižuje jejich biologickou hodnotu (organismusje nedokáže využít jako L-aminokyseliny), je vhodnýmparametrem k posouzení kvality potravin, protožemůže indikovat kvalitu technologického procesu, nežádoucípříměsi, dlouhé skladování apod 9,10 . Na základě analýzenantiomerů aminokyselin lze rozlišit i druhy kávy 11 .Specifické funkce D-aminokyselin se samozřejměnetýkají pouze D-enantiomerů dvaceti esenciálních aminokyselin,ale i všech ostatních D-enantiomerů aminokyselinvyskytujících se v živých organismech (dosud bylo izolovánoněkolik set) 12 . Nejlépe prozkoumány jsou zatím právěD-enantiomery esenciálních aminokyselin, ačkolivostatní D-aminokyseliny pravděpodobně budou neméněvýznamné.703

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)Referáty2. Historie analýz aminokyselinZákladní úloha proteinů (protos, řecky první) a jejichstavebních bloků aminokyselin v biologii vyvolala zájemo chemii aminokyselin a proteinů. Aminokyseliny jsoustanovovány v nejrůznějších materiálech – od meteoritůa lunárních vzorků, přes nejrůznější biologické tekutiny ažk nově syntetizovaným peptidům a proteinům.Dlouho panovala představa, že aminokyseliny sev živých organismech vyskytují jen ve svých L-formách. Živésystémy byly považovány za homochirální 13 , D-aminokyselinybyly považovány za v přírodě se nevyskytující.Avšak už v přehledu z roku 1969 (cit. 14 ) John J. Corriganshrnuje práce zabývající se výskytem D-aminokyselinv živých organismech (žraločí játra – D-ornithin, létací svalyhmyzu – D-glutamová kyselina, hmyzí krev – D-serin) už od30. let 20. století! Tyto výsledky však byly dosaženy ještěpřed nástupem chromatografie a dalších moderních separačníchtechnik, je tedy nutno zvažovat jejich zkreslenívlivem racemizace.První D-aminokyselinou nalezenou ve zvířecí tkániza méně zpochybnitelných okolností byl D-alanin nalezenýAuclairem a Pattonem v roce 1950 v hemolymfě hmyzuOncopelcus fasciatus (dvourozměrná tenkovrstvá chromatografiekyseliny pyrohroznové získané z matrice působenímoxidas D-aminokyselin) 15 . V 60. letech 19. století bylynalezeny D-aminokyseliny v peptidoglykanu buněčnýchstěn mnoha bakterií 16 . V krvi savců byla D-aminokyselina(D-alanin) nalezena poprvé v roce 1965 (cit. 17 ) (obdobnouenzymatickou metodou jako v lit. 15 ). V posledních šedesátiletech jsou aminokyseliny stanovovány hlavně chromatografickýmimetodami. Zabývali se jimi i nositelé Nobelovyceny – J. P. Martin a R. L. M. Synge (1941, rozdělovacíchromatografie N-acylaminokyselin). V roce 1952 popsalinositelé Nobelovy ceny A. T. James a A. J. P. Martin základyteorie plynové chromatografie, což vedlo v dalšíchdesetiletích k ohromnému rozvoji této metody včetně aplikacív chirální analýze aminokyselin 18 . Intenzivní výzkumod konce 80. let dokládá řada přehledů zaměřených nachirální separace aminokyselin různými separačními technikami(GC, HPLC, TLC, kapilární elektroforéza, enzymatickémetody) 19−23 .3. Význam chirálních analýz aminokyselinD-Aminokyseliny se vyskytují ve všech třech hlavníchvětvích vývoje života (archea, bakterie, eukaryota).Existuje stále více důkazů, že D-aminokyseliny plnív živých organismech specifické role, které nedokáží pokrýtL-aminokyseliny 24 .3.1. D-Aminokyseliny v nižších organismech,potravinách, vodě , pů d ě ,sedimentech a vzduchuTabulka ID-Aminokyseliny v potravináchD-AminokyselinyTyp Matrice Lit.Různé volné želatinový hydrolyzát 29sojová omáčka, sýry, kysané30zelí, kvasnice, medmléčné výrobky 31,32ocet, nepražená kávová 32zrnamateří kašička 33ovocné a zeleninové šťávy 29−31,35, 36pivo, víno 29−32,37protein sojové produkty 38D-Alanin volná houba Lentinus edodes(Shiitake)37Tabulka IIVolné D-aminokyseliny v potravinách jako markeryMatrice Význam Lit.Potravinymikrobiální kontaminace33,35,36,39Potraviny a potravinovékvalita produktu 35,39,40doplňkyMléko krav mikrobiální kontaminace31,32,41Mléko krav mastitida 42Káva Coffea arabica,rozlišení druhů kávy 11C.robustaČastější výskyt D-aminokyselin v nižších organismechje dán evolučně menší specifitou jejich enzymů(multienzymatických systémů) 25 . Významná část peptidůje syntetizována neribosomální cestou v cytoplazmě, zatímcou vyšších organismů jsou peptidy a bílkoviny převážněribosomálního původu 26 .D-Aminokyseliny jsou součástí peptidoglykanu buněčnýchstěn mnoha bakterií (D-Asp, D-Ala, D-Glu) 16,27a mohou se z nich uvolňovat do okolí 28 . Díky tomu, a taképůsobením bakteriálních enzymů racemas (epimeras) způsobujícíchpřeměnu L-aminokyselin na D-aminokyseliny,jsou volné D-aminokyseliny nalézány zejména ve fermentovanýchpotravinách 11,29−38 (Tabulka I). Přítomnost D-aminokyselinmůže sloužit jako marker mikrobiálního znečistění35,36,39 nebo přídavku syntetických racemických aminokyselindo přírodních produktů 35,40 (Tabulka II). D-Aminokyselinybakteriálního původu jsou přítomny i v zažívacímtraktu krav a v kravském mléce 31,32,41 , kde jejich zvýšenémnožství může být způsobeno mastitidou (zánětem vemene)42 .704

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)ReferátyD-Aminokyseliny mohou ovšem vznikatv potravinách v kyselém prostředí z L-aminokyselin působenímglukosy, fruktosy nebo sacharosy 43 , tedy nejen působenímenzymů mikroorganismů.D-Serin a D-asparagová kyselina byly nalezenyi v izolovaných mitochondriích krysích jater 44 (mitochondriejsou evolučně bakteriálního původu).Aminokyseliny se dostávají do přírodních vodz mnoha zdrojů 45 – z rostlinné a půdní organické hmoty,bakterií, sinic, řas a vodních rostlin, ze sedimentů(převážně jejich L-formy), nebo jako odpadní produktyněkterých technologií (umělá sladidla, potraviny, čisticíprostředky, syntetická hnojiva aj.). Vysoký poměr D/Lu některých aminokyselin (lysin, kyselina asparagováa glutamová) může být důležitým ukazatelem antropogenníhoznečištění vod. V mořské vodě byl studován obsahaminokyselin rozpuštěných ve vodě a obsažených v nerozpustnýchčásticích. U vzorků rozpuštěných aminokyselinbylo nalezeno nejvyšší relativní zastoupení D-forem u alaninu,kyseliny asparagové, serinu a glutaminu. V nerozpustnýchčásticích měly nejvyšší relativní zastoupeníD-asparagová kyselina, D-arginin, D-alanin a D-glutamovákyselina 46 . Výskyt D-asparagové kyseliny, D-alaninua D-glutamové kyseliny v mořské vodě je vysvětlitelnýtím, že tyto aminokyseliny jsou hlavními složkamipeptidoglykanu bakterií 46 . Z vysokého podílu D- vůčiL-aminokyselinám bylo zjištěno, že značná část rozpuštěnéhoorganického dusíku v mořích je bakteriálního původu47 (Tabulka III).Ze stupně převážně časově závislé racemizaceL-aminokyselin proteinů (liší se pro jednotlivé aminokyseliny)uchovaných ve zvápenatělých fosiliích lze určit stářívzorku 46,48−51 (Tabulka III). Rychlost racemizace je závislánejen na čase, ale i na teplotě, a proto je nutné mít informaceo teplotní historii fosílií 49,51 . Nejdůležitější diastereoisomernípár pro stanovení stáří geologických vzorků jeL-isoleucin/D-alloisoleucin 46 . Datování znesnadňuje častápřítomnost D-aminokyselin vzniklých činností mikroorganismů52 . Byl studován poměr volných D/L aminokyselinv různých hloubkách rašelinišť z hlediska racemizace,degradace rostlinami a mikroorganismy a fyzikálněchemickýchpodmínek rašeliniště 29 .Tabulka IIID-Aminokyseliny v životním prostředíTyp Matrice Význam Lit.Volné voda antropogenníznečištěníPeptidoglykanymořskávodavýskyt mikrobiálníchbiopolymerů4546,47Volné rašeliniště 28Protein prach ze53vzduchufosilie vsedimentechdatování 46,48−52Velmi zajímavá práce 53 popisuje přítomnost D- i L-aminokyselinv proteinech mikroskopického prachu a aerosoluv ovzduší. Při provádění stopové analýzy aminokyselinmohou aminokyseliny přítomné v ovzduší laboratoře kontaminovatvzorky, přičemž kontaminace se zvyšujes dobou expozice.3.2. D-Aminokyseliny ve vyššíchorganismechD-Aminokyseliny byly nalezeny v různých vyššíchorganismech vázané v peptidech a v proteinech i ve forměvolných aminokyselin (Tabulka IV).V 70. letech 20. století se objevily v literatuře domněnky,že poměr D/L-asparagové kyseliny v proteinechlze užít k odhadu věku déležijících teplokrevných živočichů(v archeologii, geochemii, soudním lékařství apod.).Obsah D-asparagové kyseliny v metabolicky stabilníchproteinech (v zubní sklovině a dentinu) se zvyšuje běhemlidského života ročně o 0,1 % (cit. 54 ) jako výsledek insitu racemizace. V roce 1983 byla potvrzena kumulaceD-asparagové kyseliny v bílé mozkové hmotě u lidí vlivempřibývajícího věku 55 . Racemizace L–aminokyselin proteinůoční čočky může být jednou z příčin vzniku šedéhozákalu 56 (rozbití krystalické terciární struktury proteinůvede ke změnám fyziologických charakteristik očníchčoček).D-Aminokyseliny v peptidech byly nalezeny u obratlovcůi bezobratlých. První peptid obsahující D-aminokyselinunalezený u obratlovců je dermorfin izolovanýz kůže žáby (Phyllomedusa sauvagei z Latinské Ameriky,1981) 57 . Jde o opioidní peptid se sekvencí Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser-NH 2 . Jeho analgetická aktivita je asi1000x vyšší než u morfinu 58 . Při náhradě L-Ala za D-Alapeptid tuto aktivitu ztrácí. Později byly izolovány ze stejnématrice další dva heptapeptidy obsahující D-Ala (deltorfinI a deltorfin II) s obdobnými účinky 59 . U bezobratlých bylynalezeny dva peptidy v gangliích afrického hlemýžděAchatina fulica – achatin (Gly-D-Phe-Ala-Asp) 60 ovlivňujícífunkci srdečního svalu a fullicin (Phe-D-Asn-Glu-Phe-Val-NH 2 ) 61 stimulující kontrakce svalu odtahovače penisu.Delší peptid složený z 48 aminokyselin obsahujícív poloze 46 D-Ser, nalezený v jedu pavouka Agelenopsisaperta (ω-agatoxin) 62 , funguje jako blokátor kalciovéhokanálu. Peptid θ-defensin složený výlučně z D-aminokyselinmá schopnost chránit lidské buňky před viremHIV-1 (cit. 63 ). Defensiny jsou malé peptidy s antimikrobiálnímia antibakteriálními účinky. V tělech savců bylynalezeny tři subtypy − α, β, θ (cit. 63 ).Volné D-aminokyseliny byly stanovovány ve vyššíchrostlinách, informace jsou shrnuty v několika přehlednýchčláncích 64,65 a knize 66 . Bylo potvrzeno, že D-aminokyselinyse vyskytují v nahosemenných rostlinách, stejně jakov hlavních čeledích krytosemenných jedno- i dvouděložnýchrostlin 19 . Volné D-aminokyseliny se v rostlináchvyskytují v množství 0,2−8 % relativně k odpovídajícímL-aminokyselinám (D-asparagová kyselina, D-asparagin,D-glutamová kyselina, D-glutamin, D-serin a D-alanin se705

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)ReferátyTabulka IVD-Aminokyseliny ve vyšších organismechD-Aminokyseliny Typ Matrice Důvod studia Lit.Asparagová kyselina protein lidské zuby, bílá mozková stárnutí 54,55hmotaLysin, glutamová kyselina oční čočka potkanů šedý zákal 56Alanin peptid kůže žabkyanalgetická (opioidní) aktivita 57-59Phyllomedusa sauvagei aktivitaFenylalanin, asparagin hlemýžď Achatina fulica neuropeptid 60,61Serinpavoukblokátor kalciového kanálu 62Agelenopsis apertaAsparagová kyselina volná savci neurotransmiter, vývoj 67,68N-Methyl-D-asparagová kyselinaAsparagová kyselina, N-methyl-D-asparagová kyselinaškeble Scapharca broughtonii,S.subcrenatasumka Ciona intestinalisneuroexcitans 69,70vliv na sekreci testosteronu aprogesteronuAsparagová kyselina, serin lidský mozek vývoj 73Asparagová kyselinaměkkýši, korýši, pláštěnci, vývoj 72,74,77ryby, obojživelníci, ptáci, hlodavciAsparagová kyselina endokrinní žlázy potkanů vliv na sekreci testosteronu, oxytocinu,78-80,82prolaktinu, melatoninuAsparagová kyselina, N-methyl-D-asparagová kyselinanervový systém a endokrinnížlázy potkanůvliv na produkci hormonů 81Asparagová kyselina lidská cerebrospinální tekutina degradace mozkových proteinů 99Glutamová kyselina hmyz, korýši, ryby, ptáci vývoj 74Serin, alanin hmyz vývoj 14,24,84Serin lidský přední mozek neuromodulátor 83Alanin krev hmyzu − 15Alanin hlodavci důsledek činnosti endogennímikroflory, vývojAlanin mořští korýši osmotický regulátor 93Alanin lidská moč činnost intestinálních bakteriií 957117,94vyskytují ve většině rostlin, D-prolin, D-valin, D-leucina D-lysin jen v některých). D-Aminokyseliny v rostlináchvznikají působením racemas z L-aminokyselin, působenímaminotransferas vedoucím k přesunu aminoskupinz různých D-aminokyselin na pyruvát nebo 2-ketoglutarátza vzniku D-alaninu a D-glutaminu, a dále enzymatickoude novo syntézou, kdy kromě volných D-aminokyselinvznikají i jejich konjugáty (D-Ala-Gly, D-Ala-D-Ala aj.).Existují i další možné cesty vzniku D-aminokyselinv rostlinách − uvolňování z konjugátů, neenzymatickývznik z L-aminokyselin a reaktivních karbonylových sloučenin,vznik z exogenních zdrojů (ze symbiotických bakteriínebo mykorrhizních hub) 19 .Už v roce 1976 Davies a Johnston uvažovali, že volnáD-asparagová kyselina může fungovat jako přirozený neurotransmiteru savců 67 . Po překvapujícím nalezení zvýšenéhomnožství volné D-asparagové kyseliny v mozkua dalších tkáních hlodavců a v lidské krvi u mladších jedinců68 je stále častěji studován původ, metabolismusa úloha D-aminokyselin v tělech živých organismů. Vetkáních škeblí Scapharca broughtonii a S. subcrenata bylanalezena kyselina N-methyl-D-asparagová 69 , známá jiždříve jako neuroexcitační látka 70 . Kyseliny D-asparagováa N-methylasparagová, nalezené v nervovém komplexu agonádách mořského živočicha sumky Ciona intestinalis,ovlivňují vylučování testosteronu a progesteronu 71 . KyselinaD-asparagová se zřejmě účastní morfologickéhoa funkčního vývoje orgánů savců 68,72−74 . Obsah kyselinyD-asparagové je vyšší v ranných stadiích plodů krys a kuřat(v mozku a sítnici), později se snižuje 72 . KyselinaD-asparagová a kyselina D-glutamová byly nalezenyv různých tkáních nižších obratlovců (ptáci, obojživelníci,706

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)Referátyryby) 74 , kde se zřejmě podílejí na vývoji orgánů a hormonálníregulaci v endokrinních žlázách podobně jako u savců.V kůře přední části lidského mozku bylo ve čtrnáctémtýdnu těhotenství 60 % z celkového množství asparagovékyseliny v D-formě, ale její množství rychle klesalo nastopová množství po narození 73 . Ovšem v mozkovýchšišinkách se obsah D-asparagové kyseliny po narozenízvyšuje 75 , její množství v mozku je vyšší v noci než ve dne(podobně jako u melatoninu 76 ) a snižuje se s věkem 77 . Bylozjištěno, že volná D-asparagová kyselina u savců ovlivňujesekreci hormonů testosteronu 78 , oxytocinu 79 , prolaktinu80 , luteinizačního a růstového hormonu 81 a melatoninu 82 .Protože se její obsah v různých tkáních, jako jsou varlata,sítnice, šišinka mozková a nadledvinky zvyšuje běhemmorfologického a funkčního dozrávání, je zvažován vlivtéto aminokyseliny na ontogenezi a diferenciaci 83 .Volný D-serin byl nalezen ve hmyzu 14,28,84 , vyskytujese hlavně v předním mozku v průběhu celého života savců73 , funguje jako neuromodulátor a účastní se mnohafyziologických a patofyziologických procesů, jako je učení,vnímání bolesti, schizofrenie, epilepsie 83 . D-Serin jeproto předmětem zájmu jako možný lék proti schizofrenii85 . Bylo prokázáno, že D-serin vzniká v mozcích kryspřímo racemizací L-serinu 86 .D-Aminokyseliny tkání savců vznikají biosyntézou(D-serin 87 , D-asparagová kyselina 87−89 , D-alanin 87 ) nebo sedo nich dostávají z potravy (D-alanin 90 , D-prolin 91 , D-leucin91 ) a bakterií zažívacího traktu (D-alanin) 92 .D-Alanin byl první aminokyselinou nalezenou vezvířecí tkáni (hemolymfa hmyzu Oncopelcus fasciatus) 15a také první D-aminokyselinou nalezenou v krvi savců(1965) v důsledku činnosti endogenní mikroflory 17 . VolnýD-alanin funguje jako osmotický regulátor u mořskýchbezobratlých korýšů 93 . Byla sledována jeho distribucev centrální nervové soustavě a dalších tkáních potkanů.Z 22 zkoumaných tkání byl pozorován nejvyšší obsahD-alaninu v přední hypofýze, druhý nejvyšší v pankreatu.Obsah D-alaninu v podvěsku mozkovém byl nejvyšší vevěku 6 týdnů, a pak se s věkem velmi rychle snižovala jeho množství bylo signifikantně vyšší ve dne nežv noci 94 .V posledních letech je intenzivně studována diagnostickáhodnota D-aminokyselin. Změnami v zastoupeníD-aminokyselin (volných i vázaných v proteinech)je možno diagnostikovat některé nemoci. V moči pacientůs onemocněním syndromu krátkého střeva bylo nalezenozvýšené množství D-alaninu, zřejmě intestinálního původu95 . D-Lysin byl zjištěn u pacientů s myelomem (rakovinoukrve) a podstupujících dialýzu 96 . Množství D-alaninuvolného i vázaného v proteinech a volného D-serinuv mozcích a cerebrospinální tekutině se liší u zdravých lidía pacientů s Alzheimerovou chorobou 97−99 . D-Aminokyselinyv cerebrospinální tekutině mohou vznikat degradacímozkových bílkovin 98 . Další výzkum vztahu meziobsahem D-aminokyselin a Alzheimerovou chorobou můževést k pokrokům při léčení této devastující choroby 97 .Změny v obsahu D-aminokyselin v tkáních nastávají přionemocněních ledvin 99−101 . Obsah D-aminokyselin v plazměstarých lidí je signifikantně vyšší než u mladších lidí53,54,102 a pozitivně koreluje s markery ledvinových onemocnění,jako je např. kreatinin 101,102 , a dalšími markery,jako např. mikroglobulin 102 .Problematice D-aminokyselin v živých organismechje věnována řada přehledných článků. Analytickou chemiía biochemií D-aminokyselin v tkáních a tělních tekutináchsavců se zabývá přehled 103 , výskyt a význam D-aminokyselinve vyšších organismech shrnuje práce 104 .D-Aminokyseliny byly nalezeny ve všech hlavních rodechsavců 105 .3.3. D-Aminokyseliny ve vesmíruStanovení chirálního zastoupení aminokyselin vevzorcích z vesmíru je velmi důležité pro poznání vývoježivota. Klíčovým problémem původu života je vznik homochirality(tj. převahy jednoho ze dvou možných enantiomerůchirálních molekul) pozemských organismů. Bylynavrženy dvě teorie – biotická (evoluce vybrala z původněracemických směsí organických látek stabilnější konfiguraci)a abiotická (asymetrie předcházela vzniku života).Shrnutí mnoha prací snažících se podpořit biotickouteorii, spolu s výsledky geosimulačních experimentů (zetří aminokyselin alaninu, asparagové kyseliny a glycinuvzniklo 34 di-, tri- a tetrapeptidů, z toho 70 % vykazovalodiastereoisomerní přebytek mezi 4,2−56,6 %), lze naléztv práci 106 . Prebiotickou chemií a zkoumáním možných cestk homochiralitě se zabývá řada vědeckých týmů, některépodporují teorii biotickou 8,106−109 , jiné ji vyvracejí 110 .Abiotická teorie uvažuje o vnesení chirálních látek naZemi z kosmu (extraterestriální) 111 . K podpoře této teoriepomohlo i zkoumání enantiomerních poměrů v meteoritickýchvzorcích 112−104 . Byly nalezeny přebytky L-enantiomerůaminokyselin, které se v biosféře vyskytují jenvelmi omezeně nebo vůbec ne. Protože zkoumaný meteorit(pojmenovaný Murchison) vznikl před 4,5 miliardami let,výsledky nasvědčují asymetrickému vlivu na chemickývývoj před vznikem života. Dosud v něm bylo identifikovánopřes 70 aminokyselin, včetně osmi biogenních. Evropskákosmická agentura (ESA) plánuje pro podporuextraterestriální teorie vzniku homochirality analýzy materiálukomet in situ – projekt COSAC (cometary samplingand composition). Byl popsán způsob, jakým bude sledovánochirální složení aminokyselin na kometě 46P/Wirtanen v roce 2012 (cit. 115,116 ) , práce 116 zároveň shrnuje,jak byla dosud využívána technika GC a GC/MS při výzkumuvesmíru. Pro měření přímo v jádru komet muselybýt vyvinuty a speciálně testovány kolony různého typuvčetně kolon s chirálními stacionárními fázemi Chirasil-Dex a Chirasil-L-Val (enantiomery derivátů aminokyselinjsou separovány po jednostupňové derivatizaci dimethylformamid-dimethylacetalem)odolávající vibracím, kosmickémuzáření, vakuu a velkým rozdílům teplot 117 . Stejnětak jsou vyvíjeny vhodné analytické metody pro stanoveníchirálních aminokyselin při výzkumu Marsu in situ.V přehledu 118 je diskutováno několik hypotéz týkajícíchse homochirality a jejího spojení s procesy v sub-707

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)Referátyatomárním měřítku ve vztahu k procesům pomáhajícímdefinovat strukturu vesmíru.4. ZávěrDistribuce, množství a úloha D-aminokyselin v živýchorganismech i mimo ně je velmi zajímavá oblast zkoumání,velmi dynamicky se rozvíjející. Volné D-aminokyselinyjsou zřejmě jedním z faktorů řídících tvorbu a diferenciacibuněk nebo tkání. D-Aminokyseliny v tkáních a biologickýchtekutinách mohou být využity jako marker stárnutíorganismů nebo mohou mít diagnostickou hodnotu. Stanovováníchirálního zastoupení aminokyselin ve vzorcíchz vesmíru může pomoci při odhalování původu života naZemi.Seznam zkratekKódy aminokyselin v peptidech a proteinech:AspAsnGluGlyPheProSerTyrValLITERATURAasparagová kyselinaasparaginglutamová kyselinaglycinphenylalaninprolinserintyrosinvalin1. Pasteur L.: C. R. Acad. Sci. 26, 535 (1848).2. Kallenborn R., Hühnerfuss H., v knize: Chiral EnvironmentalPollutants – Trace Analysis and Ecotoxicology,kap. 1, str. 2. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg2001.3. Maier N. M., Franco P., Lindner W.: J. Chromatogr.,A 906, 3 (2001).4. Lee T. D., Yang C. N.: Phys. Rev. 104, 254 (1956).5. MacDermott A. J.: Origins Life Evol. Biosphere 25,191 (1995).6. Stinson S. C.: Chem. Eng. News 77, 101 (1999).7. Jonas J.: Chem. Listy 90, 410 (1996).8. Shinitzky M., Muselman F., Barda Y., Haimovitz R.,Chen E., Dealer D. W.: Origins Life Evol. Biosphere32, 285 (2002).9. Marchelli R., Dossena A., Palla G.: Trends Food Sci.Technol. 7, 113 (1996).10. Pawlowska M., Armstrong D. W.: Chirality 6, 270(1994).11. Casal S., Alves A. R., Mendes E., Oliveira M. B. P.P., Ferreira M. A.: J. Agric. Food Chem. 51, 6495(2003).12. Barrett G.C. (ed.), v knize: Chemistry and Biochemistryof the Amino Acids, kap. 4, str. 55. Chapmanand Hall, London 1985.13. Janoschek R. (ed.), v knize: Chirality. From WeakBosons to alfa-Helix, kap. 2, str. 18. Springer-Verlag, Berlin 1991.14. Corrigan J. J.: Science 164, 142 (1969).15. Auclair J., Patton R.: Rev. Can. Biol. 9, 3 (1950).16. Perkins H.R.: Bacteriol. Rev. 27, 18 (1963).17. Hoeprich P. D.: J. Biol. Chem. 240, 1654 (1965).18. Zumwalt R. W., Kuo K. C. T., Gehrke C. W. (ed.), vknize: Amino Acid Analysis by Gas Chromatography,sv. I, předmluva. CRC Press, Boca Raton 1987.19. Imai K., Fukushima T., Santa T., Homma H.,Hamase K., Sakai K., Kato M.: Biomed. Chromatogr.10, 303 (1996).20. Imai K., Kato M., Huang Y., Ichihara H., FukushimaT., Santa T., Homma H.: Yakugaku Zasshi-J. Pharm.Soc. Jpn. 117, 637 (1997).21. Bojarski J.: Chem. Anal. (Warsaw) 42, 139 (1997).22. Ward T. J.: Anal. Chem. 72, 4521 (2000).23. Ward T. J.: Anal. Chem. 74, 2863 (2002).24. Brückner H., Westhauser T.: Amino Acids 24, 43(2003).25. Marchelli R., Dossena A., Palla G.: Trends Food Sci.Technol. 7, 113 (1996).26. Kleikauf H., Döhren H.: Prog. Drug Res. 48, 27(1997).27. Kleikauf H., Döhren H.: Biotechnology 7, 277(1997).28. Brückner H., Becker D., Lüpke M.: Chirality 5, 385(1993).29. Kunnas A. V., Jauhiainen T. P.: J. Chromatogr. 628,269 (1993).30. Brückner H., Wittner R., Godel H.: Chromatographia32, 383 (1991).31. Brückner H., Langer M., Lüpke M., Westhauser T.,Godel H.: J. Chromatogr., A 697, 229 (1995).32. Jin D. R., Miyahara T., Oe T., Toyo’oka T.: Anal.Biochem. 269, 124 (1999).33. Casal S., Oliveira M. B., Ferreira M. A.: J. Chromatogr.,A 866, 221 (2000).34. Boselli E., Caboni M. F., Sabatini A. G., MarcazzanG. L., Lercker G.: Apidologie 34, 129 (2003).35. Watanabe A., Yamaguchi S., Urabe K., Asada Y.: J.Mol. Catal., B: Enzymatic 23, 379 (2003).36. Brückner H., Lüpke M.: Chromatographia 31, 123(1991).37. Brückner H., Westhauser T.: Chromatographia 39,419 (1994).38. Kato M., Fukushima T., Santa T., Homma H., ImaiK.: Biomed. Chromatogr. 9, 193 (1995).39. Stenberg M., Marko-Varga G., Oste R.: Food Chem.79, 507 (2002).40. del Mar Caja López M., Blanch G. P., Herraiz M.:Anal. Chem. 76, 736 (2004).41. Csapó J., Schmidt J., Csapó-Kiss Z., Hollo G., HolloI., Wagner L., Cenkvari E., Varga-Visi E., Pohn G.,Andrassy-Baka G.: Acta Aliment. 30, 37 (2001).42. Csapó J., Csapó-Kiss Z., Stefler J., Martin T. G.,708

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)ReferátyNeméthy S.: J. Dairy Sci. 78, 2375 (1995).43. Brückner H., Justus J., Kirschbaum J.: Amino Acids21, 429 (2001).44. Nagata Y., Fukuda A., Sakai M., Teruhito I., Kawaguchi-NagataK.: J. Mol. Catal., B: Enzymatic 12,109 (2001).45. Abe I., Nakamura K., Toyonaga T., Kobara Y., WasaT.: Anal. Sci. 9, 775 (1993).46. Fitznar H. P., Lobbes J. M., Kattner G.: J. Chromatogr.,A 832, 123 (1999).47. McCarthy M. D., Hedges J. I., Benner R.: Science281, 231 (1998).48. Meyer V.: ACS Symp. Ser. 471, 217 (1991).49. Abe I., Yanagi H., Nakahara T.: J. High Resolut.Chromatogr. 20, 451 (1997)50. Pollock G. E., Cheng C. N., Cronin S. E.: Anal.Chem. 49, 2 (1977).51. Schwarcz H. P.: Acc. Chem. Res. 35, 637 (2002). .52. Julg A., Lafont R., Perinet G.: Q. Sci. Rev. 6, 25(1987).53. Armstrong D. W., Kullman J. P., Chen X. H., RoweM.: Chirality 13, 153 (2001).54. Helfman P. M., Bada J. L.: Nature 262, 279 (1976).55. Man E. H., Sandhouse M. E., Burg J., Fisher G. H.:Science 220, 1407 (1983).56. Jung W. T., Rho S. H., Park W. C.: Ophthalmic Res.28, 26 (1996).57. Montecucchi P. C., de Castiglione R., Piani S.,Gozzini L., Erspamer V.: Int. J. Pept. Protein Res.17275 (1981).58. Broccardo M., Erspamer V., Falconieri-Erspamer G.,Improta G., Linari G., Melchiori P., Montecucchi P.C.: Br. J. Pharmacol. 73, 625 (1981).59. Mor A., Delfour A., Sagan S., Amiche M., PradellesP., Rossier J., Nicolas P.: FEBS Lett. 255, 269(1989).60. Kamatani Y., Minakata H., Kenny P. T., Iwashita T.,Watanabe K., Funase K., Sun X. P., Yongsiri A.,Kim K. H., Novales-Li P., Novales E. T., Kanapi C.G., Takeuchi H., Nomoto K. : Biochem. Biophys.Res. Commun. 160, 1015 (1989).61. Ohta N., Kubota I., Takao T., Shimonishi Y.,Yasuda-Kamatani Y., Minakata H., Nomoto K.,Muneoka Y., Kobayashi M.: Biochem. Biophys.Res. Commun. 178, 486 (1991).62. Kuwada M., Teramoto T., Kumagaye K. Y.,Nakajima K., Watanabe T., Kawai T., Kawakami Y.,Niidome T., Sawada K., Nishizawa Y., KatayamaK.: Mol. Pharmacol. 46, 587 (1994).63. Owen S. M., Rudolph D., Wang W., Cole A. M.,Herman M. A., Waring A. J., Lehrer R. I., Lal R. B.:Pept. Res. 63, 469 (2004).64. Gamburg K. Z., Rekoslavskaya N. I.: Soviet PlantPhysiol. 38, 904 (1992).65. Friedman M.: J. Agric. Food Chem. 47 3457 (1999).66. Davies J. S., v knize: Chemistry and Biochemistry ofAmino Acids, Peptides and Proteins (Weinstein B.,ed.), sv. 4., str. 1. Marcel Dekker, New York 1977.67. Davies L. P., Johnston G. A. R.: J. Neurochem. 26,1007 (1976).68. Dunlop D. S., Neidle A., McHale D., Dunlop D. M.,Lajtha A.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 141,27 (1986).69. Sekine M., Fukuda H., Nimura N., Furuchi T.,Homma H.: Anal. Biochem. 310, 144 (2002).70. Todoroki N., Shibata K., Yamada T., Kera Y., YamadaR. H.: J. Chromatogr., B 728, 41 (1999).71. D’Aniello A., Spinelli P., De Simone A., D’AnielloS., Branno M., Aniello F., Fisher G. H., Di Fiore M.M.., Rastogi R. K.: FEBS Lett. 552, 193 (2003).72. Neidle A., Dunlop D. S.: Life Sci. 46, 1517 (1990).73. Hashimoto A., Kumashiro S., Nishikawa T., Oka T.,Takahashi K., Mito T., Takashima S., Doi N., MizutaniY., Yamazaki T., Kaneko T., Ootomo E.: J.Neurochem. 61, 348 (1993).74. Kera Y., Watanabe T., Shibata K., Nagasaki H.,Yamada R.: J. Mol. Catal., B: Enzymatic 12, 121(2001).75. Hashimoto A., Oka T., Nishikawa T.: Eur. J. Neurosci.7, 1657 (1995).76. Reiter R. J.: Braz. J. Med. Biol. Res. 26, 1141(1993).77. Imai K., Fukushima T., Hagiwara K., Santa T.:Biomed. Chromatogr. 9, 106 (1995).78. Nagata Y., Homma H., Lee J.-A, Imai K.: FEBSLett. 444, 160 (1999).79. Wang H., Wolosker H., Pevsner J., Snyder S. H.,Selkoe D. J.: J. Endocrinol. 167, 247 (2000).80. D’Aniello G., Tolino A., D’Aniello A., Errico F.,Fisher G. H., Fiore M. M. D.: Endocrinology 141,3862 (2000).81. D’Aniello A., Fiore M. M. D., Fisher G. H., MiloneA., Seleni S., D’Aniello S., Perna A. S., Ingrosso D.:FASEB J. 14, 699 (2000).82. Ishio S., Yamada H., Hayashi M., Yatsushiro S.,Noumi T., Yamaguchi A., Moriyama Y.: Neurosci.Lett. 249, 143 (1998).83. Hamase K., Morikawa A., Zaitsu K.: J. Chromatogr.,B 781, 73 (2002).84. Lim M. S. L., Gibbons W. A.: Biochem. Soc. Trans.17, 740 (1989).85. Tsai G., Yang P., Chung L.-C., Lange N., Coyle J.T.: Biol. Psychiatry 44, 1081 (1998).86. Dunlop D. S., Neidle A. : Biochem. Biophys. Res.Commun. 235, 26 (1997).87. Brückner H., Schieber A.: Biomed. Chromatogr. 15,257 (2001).88. Wolosker H., D’Aniello A., Snyder S. H. : Neuroscience100, 183 (2000).89. Lee J-A., Long Z., Nimura N., Iwatsubo T., Imai K.,Homma H.: Arch. Biochem. Biophys. 385, 242(2001).90. Nagata Y., Konno R., Niwa A.: Metabolism 43,1153 (1994).91. Hamase K., Inoue T., Morikawa A., Konno R., ZaitsuK.: Anal. Biochem 291, 253 (2001).709

Chem. Listy 99, 703 − 710 (2005)Referáty92. Konno R., Oowada T., Ozaki A., Iida T., Niwa A,Yasumura Y., Mizutani T.: Am. J. Physiol. 265,G699 (1993).93. Okuma E., Abe H.: Comp. Biochem. Physiol. 109A,191 (1994).94. Morikawa A., Hamase K., Zaitsu K.: Anal. Biochem.312, 66 (2003).95. Ketting D., Wadman S. K., Spaapen L. J. M., VandermeerS. B., Duran M.: Clin. Chim. Acta 204, 79(1991).96. Fukushima T., Kato M., Santa T., Imai K.: Biomed.Chromatogr. 9, 10 (1995).97. D’Aniello A., Vetere A., Fisher G. H., Cusano G.,Chavez M., Petrucelli L.: Brain Res. 592, 44 (1992).98. Fisher G. H., Petrucelli L., Gardner C., Emory C.,Frey W .H., Amaducci L., Sorbi S., Sorrentino G.,Borghi M., D’Aniello A.: Mol. Chem. Neuropathol.23, 115 (1994).99. Fisher G., Lorenzo N., Abe H., Fujita E., Frey W.H., Emory C., Fiore M. M. D., D’Aniello A.: AminoAcids 15, 263 (1998).100. Brückner H., Hausch M.: J. Chromatogr., B: Biomed.Appl. 614, 7 (1993).101. Hashimoto K., Fukushima T., Shimizu E., OkadaSI., Komatsu N., Okamura N., Koike K., KoizumiH., Kumakiri C., Imai K., Iyo M.: Prog. Neuro-Psychopharmacol. Biol. Psychiatry 28, 385 (2004).102. Nagata Y., Akino T., Ohno K., Kataoka Y., Ueda T.,Sakurai T., Shiroshita K., Yasuda T. : Clin. Sci. 73,105 (1987).103. Imai K., Fukushima T., Santa T., Homma H.,Hamase K., Sakai K., Kato M.: Biomed. Chromatogr.10, 303 (1996).104. Fujii N.: Origins Life Evol. Biosphere 32, 103(2002).105. Brückner H., Schieber A.: J. High Resolut. Chromatogr.23, 576 (2000).106. Golberg S. I., Crosby J. M., Iusem N. D., Younes U.E.: J. Am. Chem. Soc. 109, 823 (1987).107. Keszthelyi L.: Origins Life Evol. Biosphere 31, 249(2001).108. Viedma C.: Origins Life Evol. Biosphere 31, 501(2001).109. Hitz T. H., Luisi P. L.: Origins Life Evol. Biosphere34, 575 (2004).110. Bonner W. A., Greenberg J. M., Rubenstein E.: OriginsLife Evol. Biosphere 29, 215 (1995).111. Bonner W. A.: Origins Life Evol. Biosphere 25, 175(1995).112. Cronin J. R., Pizzarello S.: Science 275, 951 (1997).113. Bonner W. W., Greenberg J. M., Rubenstein E.:Origins Life Evol. Biosphere 29, 215 (1999).114. Vandenabeele-Trambouze O., Gefard M., Bodet D.,Desois M., Dobrijevic M., Grenier-Loustalot M. F.,Commeyras A.: Chirality 14, 519 (2002).115. Thiemann W. H. P., Meierhenrich U. J.: Origins LifeEvol. Biosphere 31, 199 (2001).116. Sternberg R., Szopa C.: Anal. Chem. 17, 481A(2002).117. Szopa C., Meierhenrich U. J., Coscia D., Janin L.,Goesmann F., Sternberg R., Brun J.-F., Israel G.,Cabane M., Roll R., Raulin F., Thiemann W., Vidal-Madjar C., Rosenbauer H.: J. Chromatogr., A 982,303 (2002).118. Borchers A. T., Davis P. A., Gershwin M. E.: Exp.Biol. Med. 229, 21 (2004).H. Zahradníčková a,c , P. Hartvich a,b , and I. Holoubekc ( a Laboratory of Analytical Biochemistry, Institute ofEntomology, Academy of Sciences of the Czech Republic,370 05 České Budějovice, b Department of Organic andNuclear Chemistry, Faculty of Science, Charles University,128 43 Prague 2, Czech Republic, c Recetox, Facultyof Science, Masaryk University, 625 00 Brno, Czech Republic):History and Significance of Chiral Analysis ofAmino Acids in Biological Matrices and EnvironmentThe review deals with the history and significance ofchiral analysis of amino acids in physiological matrices,food and environment including the outer space since the1930´s. The review discusses the importance of D-aminoacids for formation and differentiation of cells or tissues,for biological and geological dating and the origin of lifeon Earth and diagnostical value of D-amino acids in foodcontrol and clinical biochemistry.710